การแพร่กระจายเทียบกับการปลูกถ่ายไอออน
ความแตกต่างระหว่างการแพร่และการปลูกฝังไอออนสามารถเข้าใจได้เมื่อคุณเข้าใจว่าการแพร่กระจายและการฝังไอออนคืออะไร ประการแรก ควรกล่าวไว้ว่าการแพร่และการฝังไอออนเป็นคำสองคำที่เกี่ยวข้องกับเซมิคอนดักเตอร์ เป็นเทคนิคที่ใช้ในการแนะนำอะตอมของสารเจือปนในเซมิคอนดักเตอร์ บทความนี้เกี่ยวกับกระบวนการทั้งสอง ความแตกต่างที่สำคัญ ข้อดี และข้อเสีย
การแพร่กระจายคืออะไร
การแพร่กระจายเป็นหนึ่งในเทคนิคหลักที่ใช้ในการแนะนำสิ่งเจือปนในเซมิคอนดักเตอร์ วิธีนี้พิจารณาการเคลื่อนที่ของสารเจือปนในระดับอะตอม และโดยพื้นฐานแล้ว กระบวนการนี้เกิดจากการไล่ระดับความเข้มข้นกระบวนการแพร่จะดำเนินการในระบบที่เรียกว่า "เตาหลอมแบบกระจาย" มันค่อนข้างแพงและแม่นยำมาก
สารเจือปนมีสามแหล่งหลัก: ก๊าซ ของเหลว และของแข็ง และแหล่งก๊าซเป็นแหล่งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในเทคนิคนี้ (แหล่งที่เชื่อถือได้และสะดวก: BF3, PH3, AsH3). ในกระบวนการนี้ ก๊าซต้นทางจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนบนผิวเวเฟอร์ทำให้เกิดออกไซด์ของสารเจือปน ถัดไป มันจะกระจายไปเป็นซิลิคอน ทำให้เกิดความเข้มข้นของสารเจือปนที่สม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิว แหล่งของเหลวมีอยู่สองรูปแบบ: bubblers และ spin on dopant Bubblers แปลงของเหลวเป็นไอเพื่อทำปฏิกิริยากับออกซิเจนแล้วสร้างสารเจือปนออกไซด์บนพื้นผิวเวเฟอร์ การหมุนบนสารเจือปนเป็นวิธีแก้ปัญหาของการทำให้แห้งในรูปแบบการเจือ SiO2 ชั้น แหล่งที่เป็นของแข็งมีสองรูปแบบ: แบบเม็ดหรือแบบเม็ดและแบบแผ่นดิสก์หรือแบบเวเฟอร์ แผ่นโบรอนไนไตรด์ (BN) เป็นแหล่งของแข็งที่ใช้กันมากที่สุดซึ่งสามารถออกซิไดซ์ที่ 750 – 1100 0C
การแพร่กระจายอย่างง่ายของสาร (สีน้ำเงิน) เนื่องจากการไล่ระดับความเข้มข้นผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ (สีชมพู)
การปลูกถ่ายไอออนคืออะไร
การฝังไอออนเป็นอีกเทคนิคหนึ่งในการแนะนำสิ่งเจือปน (สารเจือปน) ให้กับเซมิคอนดักเตอร์ เป็นเทคนิคที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งถือเป็นทางเลือกแทนการแพร่ที่อุณหภูมิสูงสำหรับการแนะนำสารเจือปน ในขั้นตอนนี้ ลำแสงของไอออนที่มีพลังงานสูงจะมุ่งเป้าไปที่เซมิคอนดักเตอร์เป้าหมาย การชนกันของไอออนกับอะตอมขัดแตะทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของโครงสร้างผลึก ขั้นตอนต่อไปคือการหลอม ซึ่งจะตามมาเพื่อแก้ไขปัญหาการบิดเบือน
ข้อดีบางประการของเทคนิคการฝังไอออนรวมถึงการควบคุมโปรไฟล์เชิงลึกและปริมาณที่แม่นยำ ไม่ไวต่อขั้นตอนการทำความสะอาดพื้นผิว และมีวัสดุหน้ากากให้เลือกมากมาย เช่น photoresist, Poly-Si, ออกไซด์ และโลหะ
การแพร่และการปลูกถ่ายไอออนต่างกันอย่างไร
• ในการแพร่ อนุภาคจะกระจายผ่านการเคลื่อนที่แบบสุ่มจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า การฝังไอออนเกี่ยวข้องกับการทิ้งระเบิดของซับสเตรตด้วยไอออน เร่งความเร็วให้สูงขึ้น
• ข้อดี: การแพร่กระจายจะไม่สร้างความเสียหายและการผลิตแบบเป็นชุดก็สามารถทำได้ การฝังไอออนเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำ ช่วยให้คุณควบคุมปริมาณและความลึกได้อย่างแม่นยำ การฝังไอออนสามารถทำได้ผ่านชั้นบางๆ ของออกไซด์และไนไตรด์ นอกจากนี้ยังรวมถึงระยะเวลาดำเนินการสั้น ๆ
• ข้อเสีย: การแพร่กระจายจำกัดอยู่ที่ความสามารถในการละลายที่เป็นของแข็งและเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิสูง ทางแยกตื้นและปริมาณต่ำเป็นกระบวนการของการแพร่กระจายยาก การฝังไอออนมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับกระบวนการหลอม
• การแพร่มีโพรไฟล์เจือไอโซทรอปิกในขณะที่การฝังอิออนมีโพรไฟล์เจือปนแบบแอนไอโซทรอปิก
สรุป:
การปลูกถ่ายไอออนกับการแพร่กระจาย
การแพร่กระจายและการฝังไอออนเป็นสองวิธีในการแนะนำสิ่งเจือปนให้กับเซมิคอนดักเตอร์ (Silicon – Si) เพื่อควบคุมประเภทพาหะส่วนใหญ่และสภาพต้านทานของชั้น ในการแพร่ อะตอมของสารเจือปนจะเคลื่อนที่จากพื้นผิวไปยังซิลิคอนโดยใช้การไล่ระดับความเข้มข้น โดยผ่านกลไกการแพร่แบบทดแทนหรือแบบคั่นระหว่างหน้า ในการฝังไอออน อะตอมของสารเจือปนจะถูกเติมเข้าไปในซิลิคอนอย่างแรงโดยการฉีดลำแสงไอออนที่มีพลัง การแพร่กระจายเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิสูงในขณะที่การฝังไอออนเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำ ความเข้มข้นของสารเจือปนและความลึกของจุดเชื่อมต่อสามารถควบคุมได้ในการฝังไอออน แต่ไม่สามารถควบคุมในกระบวนการแพร่ได้ การแพร่กระจายมีโปรไฟล์สารเจือปนแบบไอโซโทรปิกในขณะที่การฝังไอออนมีโปรไฟล์เจือแบบแอนไอโซทรอปิก